KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research (대한토목학회논문집)

Korean Society of Civil Engeneers (대한토목학회)
권호 표지
DOI QR코드

DOI QR Code

Distortional Analysis of Multicell Box Girders with a Trapezoidal Cross-Section Using Force-Decomposition Method

하중분해법을 사용한 제형 다실박스거더의 뒤틀림 해석

  • 김승준 (고려대학교 건축사회환경공학과) ;
  • 박남회 (한국건설교통기술평가원) ;
  • 강영종 (고려대학교 건축사회환경공학과)
  • Received : 2007.09.03
  • Accepted : 2008.05.13
  • Published : 2008.11.30
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

In this present study, the three dimensional shell elements analysis method for exact distortional behavior of multicell trapezoidal box girders subjected to an eccentric loading is proposed. In order to perform the independent distortional analysis using shell elements, it is necessary to calculate exact distortional forces. In this study, the force-decomposition equation for applied eccentric load acting on multicell trapezoidal box girder is derived and the equation based on static force equilibrium and superposition theory decompose the eccentric load to the loads cause flexture, torsion and distortion. So by using this force-decomposition equation and shell element analysis, each behavior can be easily analysis independently. This independent analysis method is very useful to physically understand each major behavior of multicell box girder, especially distortional phenomenon. Furthermore, it may be also very useful for designer to perform the independent distortional analysis for diaphragm design using simple 3D shell elements model without preliminary complex calculation for distortional constants.

본 논문에서는 편재하된 하중이 작용하는 제형 다실 박스거더의 정확한 뒤틀림 거동규명을 위해 3차원 쉘 요소를 사용한 해석법이 제안된다. 쉘 요소를 사용한 독립적인 뒤틀림 해석을 위해서는 정확한 뒤틀림 하중을 산정해야 하는데 본 논문에서는 정역학적인 힘의 평형조건 및 중첩의 원리를 토대로 작용하는 편재하된 하중을 제형 다실 박스거더의 주요한 거동을 유발하는 하중들로 분해하는 하중분해식을 유도하였다. 제안된 하중분해식에 의해 편재하된 하중은 휨과 비틂 그리고 뒤틀림 거동을 유발하는 하중들로 분해되고 이렇게 분해된 하중들을 쉘 요소에 적용하면 각 거동의 독립적인 해석결과를 얻을 수 있다. 이러한 독립적인 해석법은 다실 박스거더의 주요 거동의 역학적 특성을 이해하는 데 매우 유용할 것이고 특히 박스거더의 뒤틀림 거동에 대해 명확히 규명할 수 있는 기반을 마련할 수 있을 것이다. 그리고 현장의 설계자가 복잡한 뒤틀림 상수들을 계산하지 않고도 간단한 쉘요소 모델을 이용하여 독립적인 뒤틀림 해석을 수행할 수 있도록 큰 도움을 줄 수 있을 것이다.

Keywords

References

  1. 건설교통부(2000) 도로설계편람 III 교량편
  2. 박남회(2002) Development of a Multicell Box Beam Element Including Distortional Degrees of Freedom, 공학박사학위논문, 고려대학교
  3. 박남회, 한금호, 강영종(2003a) 박판 다실 박스거더의 비틂 및 뒤틀림 거동 : I. 뒤틀림 현상 및 단면상수 계산기법, 대한 토목학회논문집, 대한토목학회, 제23권 제1A호 pp. 149-156.
  4. 박남회, 임남형, 강영종(2003b) 박판 다실 박스거더의 비틂 및 뒤틀림 거동 : II. 보 요소 개발 및 수치적 검증, 대한토목학회논문집, 대한토목학회, 제23권 제1A호 pp. 157-164.
  5. 박남회, 임다수, 조선규, 강영종(2003) 강박스 거더교의 내부 다이아프램에 관한 매개변수 연구, 한국강구조학회논문집, 한국 강구조학회, 제15권 3호 pp. 231-239.
  6. 박남회, 강영종(2004a) 보-스프링 요소를 사용한 다실 박스거더의 뒤틀림 해석, 대한토목학회논문집, 대한토목학회, 제24권 1A호 pp. 219-224.
  7. 박남회, 강영종(2004b) 3차원 쉘 요소를 사용한 다실 박스거더의 뒤틀림 해석 : I 확장된 방법의 제안 및 적용성, 대한토목학회논문집, 대한토목학회, 제24권 3A호 pp. 557-563.
  8. American Association of Highway and Transportation Officials (AASHTO) (1993) Guide Specifications for Horizontally Curved Highway Bridges, Washington, D.C., USA.
  9. Bazant, Z.P. and Nimeiri, M.EL. (1974) Stiffness method for curved box girders at initial stress, Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol. 100, No. 10, pp. 2071-2090.
  10. Dabrowski, R. (1968) Curved Thin-Walled Girders Theory and Analysis, Cement and Concrete Association, London.
  11. Hanshin Expressway Public Corporation (1988) Guidelines for the Design of Horizontally Curved Girder Bridges, Japan.
  12. Jonsson, J. (1999) Distortional Theory of Thin-Walled Beams, Thin-Walled Structures, 33, pp. 269-303. https://doi.org/10.1016/S0263-8231(98)00050-0
  13. Maisel, B.I. (1970) Review of literature related to the analysis and design of thin-walled beams, cement and concrete association, Technical Report 440, London.
  14. Nakai, H. and Yoo, C.H. (1988) Analysis and design of curved steel bridges, McGraw-Hill, New York.
  15. Park, N.H., Kang, Y.J., and Kim, H.J. (2005) An independent distortional analysis method of thin-walled multicell box girders, Structural Engineering and Mechanis, Vol. 21, No. 3, pp. 275-293. https://doi.org/10.12989/sem.2005.21.3.275
  16. Razaqpur, A.G. and Li, H.G. (1991) Thin-Walled multicell boxgirder finite element, Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol. 117, No. 10, pp. 2953-2971. https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9445(1991)117:10(2953)
  17. Sedlacek, G. (1968) Systematic description of the process of bending and torsion for prismatic beams of thin-walled cross-section considering distortion of cross-section, Fortschritt-Berichte VDI-Zeitschrift, Reihe 4, Nr, 8, Sept. (In Germany).
  18. Vlasov, V.Z. (1961) Thin-walled elastic beams, national science foundation, Washington, D.C., USA.
  19. Wright, R.N., Abdel-Samad, S.R., and Robinson, A.R. (1968) BEF Analogy for analysis of box girders, Journal of Structural Engineering, ASCE, Vol. 94, No. 7, pp. 1719-1743.
  20. Zhang, S.H. and Lyons, L.P.R. (1984) A thin-walled box beam finite element for curved bridge analysis, Journal of Computers and Structures, Vol. 18, No. 6, pp. 1035-1046. https://doi.org/10.1016/0045-7949(84)90148-2
  21. Zhang, S.H. and Lyons, L.P.R. (1984) A thin-walled box beam finite element for curved bridge analysis, Journal of Computers and Structures, Vol. 18, No. 6, pp. 1035-1046. https://doi.org/10.1016/0045-7949(84)90148-2